内容正文:
第七章 力与运动
第一节 牛顿第一定律
知识点一 探究阻力对物体运动的影响(实验)
1.实验方法
(1)控制变量法:控制小车从斜面上同一高度由静止释放,使小车到斜面底端时具有相同的初速度。
(2)科学推理法(理想实验法):若小车不受阻力时,小车的速度将不会减小,将永远做匀速直线运动。
(3)转换法:通过小车在水平面运动的距离反映阻力对小车运动的影响情况。
2.实验装置
3.实验步骤
如图所示,让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下,分别滑到铺有毛巾、棉布、木板的水平面上,观察小车在不同水平面上滑行的距离。
4.实验现象:小车在毛巾表面滑行的距离最近,棉布表面较远,木板表面最远。
5.实验结论:运动的小车受到的阻力越小,速度减小得越慢,运动的距离越远。
6.推论:如果运动的物体受到的阻力为0,速度就不会减小,物体将以恒定不变的速度永远运动下去。
伽利略斜面实验:
如图所示,当小球沿左侧光滑斜面由静止向下运动,会上升到右侧等高的地方,且右侧斜面的坡度越小,小球上升到相同高度所用时间就越长,如果右侧为水平面,小球将因无法达到原高度而一直以均匀的速度在无限长的水平面上永远运动下去。
知识点二 牛顿第一定律
1.内容
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
2.对牛顿第一定律的理解
(1)关键词
关键词
内容理解
“一切”
表明定律对所有物体普遍适用
“总保持”
表明运动的物体保持匀速直线运动,静止的物体仍保持静止
“或”
即两种状态居其一,不能同时存在
“力迫使它改变”
力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因
(2)力是物体运动状态改变的原因,若不受力,则物体的运动状态一定不改变;如果物体的运动状态发生了改变,则物体一定受到了力的作用。
(3)牛顿第一定律不是实验定律,它是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理而概括出来的(理想实验法),牛顿第一定律不能用实验直接验证。
知识点三 惯性
1.定义:物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。
2.惯性的理解
(1)一切物体无论是否受力、运动还是静止,都具有惯性。
(2)惯性的大小只与物体的质量有关,与物体是否受力、运动状态等因素无关,质量越大,惯性越大。
(3)惯性是物体的固有属性,只能说物体“具有惯性”或“由于惯性”,不能说“受到惯性”或“惯性作用”,惯性不是力,不能说成“惯性力”。
3.利用和防止
(1)利用:跳远前助跑、拍打衣服除尘、列车进站前关闭发动机等。
(2)防止:减速慢行,好安全带等。
第二节 力的合成
知识点一 力的合成
1.合力与分力
如果一个力单独作用的效果跟几个力共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的合力;组成合力的每一个力叫作分力。
2.力的合成:在物理学中,求几个力合力的过程叫作力的合成。
合力与分力的关系:
1、同一性:分力必须同时作用在同一个物体上。
2、非共存性:合力和分力不能同时存在,对物体进行受力分析时,考虑了合力,就不能再考虑分力;考虑了分力,就不能再考虑合力。
3、等效性:合力并不是分力的总和,而是作用效果上的替代,即合力的实质是分力的“等效力”,它可以替代几个分力。
知识点二 同一直线上二力的合成
1.同一直线上两个力的合力
二力的方向
图示
合力大小
合力方向
同向
F合=F1+F2
与F1和F2的方向相同
反向
F合=F1-F2
与较大的力方向一致
2.理解力的合成
(1)只有两个力或多个力同时作用在一个物体上时,才能求合力。
(2)二力的合成是多个力合成的基础。物体受到多个力作用时,可以先求出任意两个力的合力,再求出这个合力与第三个力的合力,以此类推,就可以完成多个力的合成。
第三节 二力平衡
知识点一 平衡状态与平衡力
1.平衡状态:物体保持静止或匀速直线运动状态。
2.二力平衡:一个物体同时受到两个力作用,如果物体保持静止或匀速直线运动状态,那么这两个力就相互平衡,我们称之为二力平衡。
3.平衡力:如果一个物体在几个力的作用下处于平衡状态,我们就说这几个力相互平衡,或者说物体受到平衡力作用。
4.平衡状态与平衡力的关系
物体处于平衡状态不一定受平衡力,有可能不受力;物体受平衡力,一定处于平衡状态。
知识点二 探究二力平衡的条件(实验)
1.实验装置
2.实验过程及现象
图示
现象
小车向右运动
小车转动
小车静止
3.实验结论(二力平衡条件)
作用在同一个物体上的两个力,如果大小相等、方向相反,并且在同一直线上这两个力就彼此平衡。可简单记为:“同体、等大、反向、共线”。
4.实验注意事项
(1)本实验中选用了小车而不选用木块,是为了减小摩擦给实验带来的误差。也可以使用轻质小卡片代替小车。
(2)实验中,如果两侧的砝码个数不相等但小车仍然处于静止状态,则原因是小车受到桌面的静摩擦力比较大。
知识点三 二力平衡条件的应用
1.判断二力是否为平衡力
(1)概念辨析法:看两个力是否满足二力平衡的所有条件,是否作用在同一物体上,是否大小相等,是否方向相反,是否在同一直线上,若满足就彼此平衡。
(2)状态分析法:根据物体的运动状态来判断,若物体只受两个力的作用,且处于静止状态或匀速直线运动状态,则这两个力一定是一对平衡力。
2.确定力的大小和方向
若已知平衡力中一个力的大小和方向,可根据二力平衡的条件(同体、等大、反向、共线)确定另一个力的大小和方向。
3.根据物体受力情况判断物体运动状态
4.根据物体运动状态判断物体受力情况
第八章 压强
第一节 压力的作用效果
知识点一 压力
1.压力:物体间由于发生挤压而垂直作用在受力面上的力。
(1)产生条件:物体之间相互接触且相互挤压。
(2)方向:总是垂直于物体的受力面,指向受力物体。
(3)作用点:在被压物体的受力面上,等效在接触面中心。
2.压力和重力的区别与联系
重力的作用可以产生压力,但是压力并不都是由重力产生的。
重力
压力
示意图
产生原因
地球的吸引
物体的形变
方向
竖直向下
垂直于受力面,指向被压物体
作用点
物体的重心
被压物体的受力面
施力物体
地球
对受力物体产生挤压作用的物体
联系
(1)压力不是重力,但很多时候压力是因重力的存在而产生的;
(2)当物体在水平面上处于平衡状态且竖直方向上只受重力和支持力作用时,物体对水平面压力的大小、方向跟物体重力的大小、方向相同
知识点二 探究影响压力作用效果的因素(实验)
1.实验方法
(1)控制变量法:探究压力大小对压力作用效果的影响时,要保持受力面积大小不变;探究受力面积大小对压力作用效果的影响时,要保持压力大小不变。
(2)转换法:压力的作用效果通过海绵的凹陷程度来体现。
2.实验步骤
(1)如图甲所示,将小桌桌面朝上放在海绵上,观察海绵形变程度。
(2)如图乙所示,在小桌桌面上放一个砝码,观察海绵形变程度。
(3)如图丙所示,把小桌桌面朝下(其上放一个砝码)放在海绵上,观察海绵形变度。
3.实验现象
(1)比较甲图和乙图,海绵受力面积相同,乙图中海绵受到的压力大,凹陷深,压力的作用效果明显。
(2)比较乙图和丙图,海绵受到的压力相同,乙图中海绵的受力面积小,凹陷深,压力的作用效果明显。
4.实验结论
压力的作用效果与压力大小和受力面积大小有关。当受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显;当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
实验考点:
(1)实验中选择海绵而不选择木板的原因是海绵易发生形变,实验现象明显,而木板不易发生形变,实验现象不明显。实验中可以用沙子、橡皮泥等代替海绵。
(2)比较图乙中海绵受到的压强p乙和图丁中木板受到的压强p丁的大小关系为p乙 = p丁。
(3)实验时如果将小桌换成砖块,如图戊所示,并将砖块沿虚线切去左边一小块,则海绵的凹陷程度不变,此方法不能验证压力的作用效果是否与受力面积有关,原因是:没有控制压力大小相同。
知识点三 压强
1.定义:物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强。压强是表示压力的作用效果的物理量。
2.公式:。其中,p表示压强,F表示压力,S表示受力面积。
3.单位:国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕,符号Pa。1 Pa=1 N/m2。
4.对计算公式的理解
(1)式中S为“受力面积”,指两个物体间实际接触的面积。如图,A对B压力的受力面积为 SA。
(2)式中F为“压力”,计算时注意区分重力与压力。
(3)是压强的定义公式,适用于所有物体间压强的计算。
知识点四 增大或减小压强的方法
方法
实例
增大
压强
压力一定,减小受力面积
刀口打磨得很锋利、图钉的前端做得很尖、滑冰鞋的底部安装冰刀、蚊子尖尖的口器、破窗锤的锤头做成锥状等
受力面积一定,增大压力
压路机的碾子质量很大、液压机等
增大压力的同时减小受力面积
用铁锤钉钉子、用斧子砍木头、用力按图钉帽等
减小
压强
压力一定,增大受力面积
书包的背带较宽、坦克安装履带、铁轨铺在枕木上、骆驼有宽大的脚掌、载重汽车的车轮又宽又多等
受力面积一定,减小压力
现代建筑广泛采用空心砖、中空的石柱、道路上禁止超载等
减小压力的同时增大受力面积
人在冰面上行走发现有破冰危险时、丢掉负重且改为匍匐行进
第二节 探究:液体压强与哪些因素有关
知识点一 液体压强的产生和测量
1.产生原因:液体受到重力作用,具有流动性。
2.测量工具:压强计。
(1)压强计的构造
(2)压强计的原理:放在液体里的探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变,U形管左右两侧液面产生的高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的大小,液面的高度差越大,压强越大。
(3)压强计的使用
①使用前,检查装置气密性,方法是用手轻按橡皮膜,观察压强计U形管两侧液面的高度差是否发生变化,如果变化,说明不漏气;如果不变,说明漏气,则要查出原因,加以修整。
②当压强计的橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面应该是相平的,若出现高度差,需要将橡皮管取下重新安装。
知识点二 探究液体压强与哪些因素有关(实验)
探究问题
探究液体压强与液体内部方向的关系
探究液体压强与液体深度的关系
探究液体压强与液体密度的关系
实验操作
保持探头在水中的深度不变,仅改变探头的方向
保持探头的方向不变,增大探头在水中的深度
将探头放入盐水中,保持与
在水中时的深度相同
实验现象
U形管两侧液面高度差相等
右图中U形管两侧液面高度差较大
右图中U形管两侧液面高度差较大
实验结论
在同种液体内部的同一深度,液体向各个方向的压强都相等
在同种液体内部,深度越大,液体压强越大
在深度相同时,液体的密度越大,液体压强越大
知识点三 液体压强的计算
1.公式:。ρ表示液体的密度,单位为kg/m3,h表示液体的深度,单位为米(m),g为常数,大小为9.8N/kg,p表示液体在深度为h处的压强,单位为帕(Pa)。
2.公式的注意事项
(1)公式适用于静止液体,不适用于流动的液体。当求放在水平面上的均匀柱体对平面的压强时可以借用此公式。
(2)公式中h为液体内部某点到液体的自由液面(与空气接触的面)的竖直距离。
3.应用:深海潜水时穿抗压服、水坝修得上窄下宽等。
知识点四 连通器
1.定义:上端开口、下端连通的容器。
2.特点:连通器里的同种液体不流动时,各部分中的液面总保持相平。
3.应用:茶壶、下水管道中的U形水管、地漏、船闸、锅炉水位计等。
第三节 空气的“力量”
知识点一 大气压强的存在
1.大气压强:大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压。
2、产生原因:大气受到重力作用,且具有流动性。
3、特点:在大气层内部向各个方向都有压强,且在同一高度向各个方向的压强大小相等。
4、历史上证明大气压存在的著名实验:马德堡半球实验。
5、大气压在生活中的应用实例:用吸管喝饮料、吸盘挂钩、拔罐、活塞式抽水机等。
知识点二 大气压的测量
1.托里拆利实验
(1)取一根一端开口、一端封闭的长约1米的玻璃管,往里面注满水银,用手指堵住管口。将开口一端朝下,浸没在水银中,且将玻璃管竖直放置,移开手指,管内水银柱下降到一定高度时不再下降。用刻度尺测出管内外水银面的高度差约为760 mm,即可计算大气压的值。通常把这样大小的大气压叫做标准大气压。
如果玻璃管倾斜,进入到玻璃管内水银的长度会变大,但是水银柱的竖直高度不变。
(2)实验考向
①管内外水银面的高度差与大气压的大小有关,而与管的粗细、长度、形状等无关。
②若玻璃管内混入少量空气,由于这部分空气也有压强,管内外水银面高度差会变小,导致测得的大气压强偏小。
③若在管的顶部开一小孔,则玻璃管和水银槽构成连通器,管中液面会下降,最终管内外液面相平。
2.标准大气压
(1)通常把760mm高的水银柱产生的压强叫做标准大气压,用字母p0表示。
(2)大小:p0=1.013×105Pa。粗略计算时,p0=1×105Pa。
3.大气压强的影响因素
(1)海拔高度:海拔越高,气压越低。
(2)天气、季节:晴天比阴天气压高,冬天比夏天气压高。
(3)沸点与大气压的关系:液体的沸点随气压减小而降低,随气压增大而升高。高压锅就是依据这个原理制成的。
第四节 流体压强与流速的关系
知识点一 流体压强与流速的关系
1.流体:具有流动性的液体和气体统称为流体。
2.流体压强与流速的关系:在流体中,流速大的位置压强小,流速小的位置压强大。
3.生活实例
窗外有风吹过,窗帘向窗外飘;火车站台上设有安全线;家用吸尘器打扫微小灰尘;两艘船不能并排行驶;踢足球时的“香蕉球”。
知识点二 飞机的升力
1.机翼示意图
2.原理
机翼的形状是上凸下平的。空气经过机翼上下表面的时间相同,路程不同→空气流速不同,上方气流的流速大,下方气流的流速小→上下表面的气体压强不同→上下表面存在压力差→产生向上的升力。
第九章 浮力
第一节 认识浮力
知识点一 浮力
1.定义:浸在液体(或气体)中的物体受到向上的力,这个力叫做浮力,常用字母F浮表示。
2.方向:竖直向上。
3.产生原因:浸在液体中的物体上、下表面存在压力差。
注意:浮力是液体对物体各个表面压力的合力。因此,在分析浸在液体中物体的受力情况时,浮力和液体的压力不能同时考虑。
知识点二 称重法测浮力
(1)先用弹簧测力计在空气中测出物体受到的重力G;
(2)再用弹簧测力计测出物体浸在液体中受到的拉力F拉;
(3)则浸在液体中的物体受到的浮力大小为F浮=G-F拉。
第二节 探究:浮力大小与哪些因素有关
知识点 探究影响浮力大小的因素(实验)
1.实验过程
实验方案
示意图
数据分析
实验结论
探究浮力大小与物体浸在液体中的深度的关系
F1=F2
浸在液体中的物体,所受浮力的大小与物体浸在液体中的深度无关
探究浮力大小与物体排开液体的体积是否有关
F1>F2
浸在液体中的物体,所受浮力的大小与物体排开液体的体积有关
探究浮力大小与液体的密度是否有关
F1>F2
浸在液体中的物体,所受浮力的大小与液体的密度有关
2.实验结论
物体在液体中受到浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关。液体的密度越大,物体排开液体的体积越大,所受的浮力就越大。
3.注意事项
(1)浮力大小跟浸没的深度无关,压强大小跟浸没的深度有关。
(2)物体从刚接触水面到浸没前,弹测力计的示数发生变化,这也是因为浮力与物体排开液体的体积有关,和物体浸入的深度无关。
(3)实验中若物体没有全部浸入,能得出正确结论。
第三节 阿基米德原理
知识点一 探究浮力大小与排开液体所受重力的关系(实验)
1.实验步骤
(1)用测力计测出物体所受的重力F1;(2)测出空桶的重力F2;(3)将物体浸没在盛满水的溢水杯中,测出拉力的大小F3;(4)用弹簧测力计测出小桶和排开水的总重力F4;(5)计算出F浮=F1-F3;G排=F4-F2。
2.实验结论
浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力,即F浮=G排。
3.误差分析
(1)实验时,在溢水杯中要装满水,若未装满,则测出的G排会偏小。
(2)物体浸没时,不要接触杯壁或杯底,当物体接触溢水杯底时,计算所得F浮偏大。
(3)若先将物体放入水中测浮力,再测物体的重力,由于物体沾水会使G物偏大,则F浮偏大。
(4)先测桶和排开液体的重力,再测桶的重力,所测桶沾水重力偏大,所测G排偏小。
知识点二 阿基米德原理
1.内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
2.公式
3.应用范围:阿基米德原理也适用于气体,但公式中ρ液应改为ρ气。
4.对公式的理解
(1)物体“浸在液体中”包括两种状态:
①“全部浸入(浸没)”,此时V排=V物;②“部分浸入”,此时V排<V物。
无论物体是浸没还是部分浸入,在液体中都受到浮力。
(2)V排是排开液体的体积,不一定等于物体的体积。
(3)浮力的大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有关。
第四节 物体的浮与沉
知识点一 物体的浮沉条件
1.物体的浮沉条件
上浮
漂浮
悬浮
下沉
沉底
示意图
F浮与G物的关系
F浮>G物
F浮=G物
F浮=G物
F浮<G物
F浮=G物-F支
V排与V物的关系
V排=V物
V排<V物
V排=V物
V排=V物
V排=V物
ρ液与ρ物的关系
ρ液>ρ物
ρ液>ρ物
ρ液=ρ物
ρ液<ρ物
ρ液<ρ物
运动状态和受力情况
动态,受非平衡力作用
静态,受平衡力作用
静态,受平衡力作用
动态,受非平衡力作用
静态,受平衡力作用
说明
上浮是个过程,漂浮是上浮的最终状态
悬浮是个状态
下沉是个过程,沉底是下沉的最终状态
2.物体的浮沉条件的理解
(1)物体的浮沉取决于浮力F浮和重力G物的大小关系。
(2)悬浮状态:物体浸没在液体中,且只受到浮力和重力,可以在液体内部任意位置静止。
(3)漂浮状态:物体的一部分浸人液体中,且只受到浮力和重力,可以在液面任意位置静止。
漂浮物体的五个规律
(1)“二力平衡”,即物体所受浮力等于其自身重力,即F浮=G物。
(2)“质量相等”,即物体排开液体的质量等于其自身质量,即m排=m物。
(3)“体积比与密度比有关”,即浸入液体的体积是物体体积的几分之几,物体密度即为液体密度的几分之几,即 。如图所示,冰山漂浮在海水水面上,若总体积为V冰,则,则有。
(4)“浮力恒等”,即同一物体漂浮在不同液体中时,所受浮力相等。
(5)“密大排小”,即同一物体漂浮在不同液体的液面上时,在密度较大的液体中排开液体的体积较小。
知识点二 浮力的应用
1.轮船
(1)原理:利用空心法,即把密度比水大的钢铁制成空心的,能使它排开更多的水,增大可利用的浮力,从而漂浮在水面上。
(2)特点:轮船航行时处于漂浮状态,只要轮船的重力不变,无论轮船是在海里还是在河里,它受到的浮力都不变,只是海水、河水密度不同,轮船的吃水线不同,在密度小的水域中,吃水深度深(吃水线高)。因为海水密度较大,根据阿基米德原理可知,当轮船由海中驶入河中时,浮力不变,吃水深度变大。
(3)浮沉状态:始终漂浮;满足条件:物体的漂浮条件F浮=G;排水量:满载时排开水的质量m排=m船+m货;载货量:满载时货物的质量m货=m排-m船。
2.潜水艇
(1)原理:靠改变自身重力,实现上浮和下潜。
(2)特点:浸没在水中的潜水艇排开的水的体积是始终不变的,所以潜水艇所受的浮力始终不变。若要下潜,可充水,使F浮<G;若要上浮,可排水,使F浮>G。
3.气球和飞艇
(1)原理:气球和飞艇靠充入、排出密度较小的气体来实现升降。
(2)特点:当F浮>G时,(飞艇)可升上天空,若要使气球(飞艇)降回地面,可以放出一部分气体,使排开空气的体积减小,浮力减小;对于热气球,加热时内部空气膨胀,一部分空气排出,球内空气密度变小,使浮力大于重力而上升停止加热,进入冷空气,使重力大于浮力而落地。
4.密度计
(1)原理:二力平衡原理和阿基米德原理。密度计在任何液体中都处于漂浮状态,所受浮力等于其重力。
(2)特点:密度计的上部标有刻度,形状特殊的玻璃管下部的玻璃泡内封装着金属颗粒,使密度计能够直立在液体中。根据可知,ρ液越大,V排越小,密度计露出液面的体积越大。所以,密度计上的刻度数值是上面小,下面大,且刻度之间的间隔是不均匀的,上疏下密。
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